[发明专利]一种高效循环利用高炉炉顶煤气的炼铁工艺

说明书

一种高效循环利用高炉炉顶煤气的炼铁工艺。充分利用高炉炉顶煤气的还原势对烧结机尾具有较高温度的烧结矿进行预还原，消除高炉内烧结矿还原粉化现象，改善入炉炉料的冶金性能。利用烧结矿预还原与冷却竖炉取缔烧结环冷机，实现高效回收烧结矿余热，降低烧结能耗。煤气循环流程：高炉→除尘器→加压装置→烧结矿预还原与冷却竖炉→余热回收装置→加压装置→造气转化炉→加压装置→高炉。烧结矿还原、冷却流程：机尾成品烧结矿→热破碎机→烧结矿预还原与冷却竖炉→烧结矿整粒筛分装置→运送到高炉炉顶装料设备。

技术领域

本发明涉及黑色冶金技术领域，具体涉及一种高效循环利用高炉炉顶煤气还原烧结矿、回收烧结矿余热和重整煤气的节能减排新技术。适用于高炉炼铁流程。

背景技术

1、烧结工序余热回收

2015年，中国生铁产量6.914亿t，占世界生铁产量的58.89%；钢铁能耗3.8亿tce，占全国总能耗的13%左右。高炉工序能耗和CO₂排放量分别占钢铁工业的49.0%和53.0%。可见，高炉工序节能减排对于我国经济和社会发展至关重要；

在烧结矿生产过程中，机尾烧结矿经破碎后温度在900℃左右，需将其冷却到150℃以下才能进行整粒、运输、装料等一系列后续处理工序。对机尾烧结矿余热的回收利用是降低高炉工序烧结能耗重要途径之一。目前，烧结矿冷却使用鼓风式环冷机，机尾烧结矿余热回收主要存在以下问题：

1）冷却系统漏风率较高。一般而言，大中型烧结冷却机的上部漏风率为15%~20%，下部漏风率20%~30%。经估算，上部漏风而损失的发电量占现有发电量的27.3%，使得烧结工序能耗增加1.25~1.56kgce，下部漏风使得烧结工序能耗增加0.25~0.27kgce；

2）烧结矿余热回收率较低。以国内比较典型的某360m²烧结机为例，其冷却段可分为５段，从冷却开始到卸料依次为冷却一段、二段，直至五段。基于目前技术水平，仅对环冷一段和环冷二段进行余热回收，而对冷却三段～五段的余热直接放散。三段～五段内烧结矿所需携带的热量约占烧结矿余热资源总量的35%。换言之，目前35%烧结矿余热白白放散；

3）冷却废气品质较低，出现二次污染物。冷却机内，烧结矿与冷却风之间为气固交叉错流换热，且因为烧结矿料层高度有限（国内一般不超过1.3m），使得传热时间较短，这样，就使得完成冷却功能的热风即冷却废气的温度从根源上来讲不可能太高。就国内目前水平来看，一段冷却废气温度平均为350~380℃，二段冷却废气温度为300~330℃，造成冷却废气品质较低，回收热量效率较低。此外，冷却机目前这种结构不可避免地造成了废气中含有大量颗粒物质，成为烧结作业区重点控制的大气污染源。

2、烧结矿预还原、降低还原粉化

烧结过程是在弱氧化气氛中完成。烧结成品矿中铁的氧化物以Fe₃O₄、Fe₂O₃和部分FeO组成，烧结矿进入高炉后要消耗煤气的化学能、热能进行铁氧化物的逐级还原。因此，烧结矿的还原性质是影响高炉能耗的重要因素。改善烧结矿冶金性能尤其是还原性能是高炉技术进步长期努力追求的目标。但是目前改善烧结矿还原性能的主要手段是改善烧结矿的性能，通过烧结技术和工艺控制手段降低烧结矿中FeO含量，达到提高其还原性。对高碱度(R=1.9~2.3)烧结矿而言，常规要求RI>85%，高要求RI>90%。还原性不良的烧结矿会造成烧结矿的软熔性能变差，从而影响高炉软熔带的透气性和高炉上部煤气的利用率，使高炉内间接还原降低，直接还原(r_d)比例升高，影响高炉的燃料比和产量。据统计入炉矿的间接还原降低10%，将使高炉焦比升高和产量降低各8%~9%，在目前我国高炉燃料比的水平条件下，高炉燃料比将会升高40kg/t以上。因此，炼铁工作者应十分重视烧结矿的还原性指标。对烧结矿进行预还原目前国内外还未见报道；